目前電子工業(yè)采用一種工業(yè)應(yīng)用廣泛的熱空氣焊錫均涂(HASL, hot air solder leveling)的替代技術(shù)。在過(guò)去十年，有無(wú)數(shù)的技術(shù)論文發(fā)表，預(yù)言HASL會(huì)由有機(jī)可焊性保護(hù)層(OSP, organic solderability preservatives)、無(wú)電鍍鎳/浸金(ENIG, electroless nickel/immersion gold)或新的金屬浸泡技術(shù)諸如銀與錫所取代。然而到目前為止，還沒(méi)有一個(gè)預(yù)言變成現(xiàn)實(shí)。

　　HASL是在世界范圍內(nèi)主要應(yīng)用的最終表面處理技術(shù)。一個(gè)可預(yù)計(jì)的、知名的涂層，HASL今天使用于億萬(wàn)計(jì)的焊接點(diǎn)上。盡管如此，三個(gè)主要?jiǎng)恿Γ撼杀尽⒓夹g(shù)和無(wú)鉛材料的需要，推動(dòng)著電子工業(yè)考慮HASL的替代技術(shù)。

　　從成本的觀點(diǎn)來(lái)看，許多電子元件諸如移動(dòng)通信和個(gè)人計(jì)算機(jī)正變成任意使用的商品，以成本或更低的價(jià)格銷售，來(lái)保證互連網(wǎng)或電話服務(wù)合約。這個(gè)策略使得這些商品大量生產(chǎn)和日用品化。因此，必須考慮成本和對(duì)環(huán)境的長(zhǎng)期影響。環(huán)境的關(guān)注通常集中在潛在的鉛泄漏到環(huán)境中去。僅管在北美的立法禁止鉛的使用還是幾年后的事情，但是原設(shè)備制造商(OEM, original equipment manufacturer)必須滿足歐洲和日本的環(huán)境法令，以使其產(chǎn)品作全球銷售。這個(gè)考慮已經(jīng)孕育出許多課題，評(píng)估在每一個(gè)主要的OEM那里消除鉛的可選方法。

　　HASL的替代方法允許無(wú)鉛印刷電路板(PCB, printed wiring board)，也提供平坦的共面性表面，滿足增加的技術(shù)要求。更密的間距和區(qū)域陣列元件已允許增加電子功能性。通常，越高的技術(shù)對(duì)立著降低成本。可是，大多數(shù)替代方法改進(jìn)高技術(shù)裝配和長(zhǎng)期的可靠性，而還會(huì)降低成本。

　　成本節(jié)約是整個(gè)過(guò)程成本的函數(shù)，包括過(guò)程化學(xué)、勞力和企業(yè)一般管理費(fèi)用。像OSP、浸銀和浸錫等替代技術(shù)可提供最終表面處理成本的20 ~ 30%的減少。雖然每塊板的節(jié)約百分比在高層數(shù)多層電路板產(chǎn)品上可能低，日用電子的成本節(jié)約，隨著更大的功能性和鉛的消除，將驅(qū)使替代方法使用的急劇增加。

　　替代方法的使用將不僅會(huì)增加，而且將取代HASL作為最終表面處理的選擇。今天替代的問(wèn)題是選擇的數(shù)量和已經(jīng)發(fā)表的數(shù)據(jù)的純卷積。諸如ENIG、OSP、浸錫和浸銀等替代方法都提供無(wú)鉛、高可焊性、平整、共面的表面，在生產(chǎn)中對(duì)第一次通過(guò)裝配合格率提供重大改進(jìn)。為了揭開(kāi)最終表面處理的神秘面紗，這些HASL的替代方法可通過(guò)比較每個(gè)涂層對(duì)裝配要求和PCB設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)來(lái)區(qū)分。

    一、裝配要求

　　HASL替代方法對(duì)裝配過(guò)程的作用反映表面的可焊性和它如何與使用的焊接材料相互作用。每一類替代的表面涂層 — OSP、有機(jī)金屬的organometallic)(浸錫和銀)或金屬的(ENIG) — 具有不同的焊接機(jī)制。焊接機(jī)制的這種差異影響裝配過(guò)程的設(shè)定和焊接點(diǎn)的可靠性。

　　OSP是焊接過(guò)程中必須去掉的保護(hù)性涂層。助焊劑必須直接接觸到OSP表面，以滲透和焊接到PCB表面的銅箔上。

　　浸洗工藝，如浸銀或錫，有機(jī)共同沉淀消除最終表面的氧化物。不像OSP，錫和銀溶解在焊錫里面，將成為焊接點(diǎn)的一部分，將幫助熔濕速度。錫和銀兩者都在PCB的銅表面直接形成焊接點(diǎn)。

　　如果適當(dāng)?shù)爻恋�，在ENIG表面的金是純凈的，由于其可熔于焊錫，所以將提供焊接的最快的熔濕速度�？墒牵�當(dāng)使用ENIG時(shí)，焊接點(diǎn)是在鎳障礙層上面形成的，不是直接在PCB的銅表面。

　　所有三類替代涂層都提供最佳的印刷表面，對(duì)所有類型的錫膏都一樣。錫膏直接印在表面涂層上面，提供助焊劑直接接觸、滲透OSP和熔濕PCB表面。印刷模板對(duì)沉積完美的錫膏印刷，形成有效的密封，消除了HASL的印糊和錫橋問(wèn)題。結(jié)果是三種替代涂層都有很高的第一次通過(guò)裝配合格率，焊錫熔濕方面相差很小。區(qū)別在于焊接點(diǎn)的強(qiáng)度和可靠性。幾個(gè)研究已經(jīng)證實(shí)，使用OSP，直接焊接到銅的表面，提供最好強(qiáng)度的焊接點(diǎn)。2,3當(dāng)使用區(qū)域陣列片狀包裝的較小焊盤(pán)時(shí)，焊接點(diǎn)的強(qiáng)度變得重要。

　　雖然使用上減少，波峰焊接還是今天裝配過(guò)程的構(gòu)成整體的一部分。每一種最終表面涂層的焊接機(jī)制將影響助焊劑化學(xué)成分的選擇和波峰焊接工藝的設(shè)定。金屬的和有機(jī)金屬的涂層有助于通孔的焊錫熔濕，通常要求很少的助焊劑、較低活性的助焊劑和波峰的較少動(dòng)蕩。免洗材料在生產(chǎn)條件下與OSP相處很好，但要求一些優(yōu)化來(lái)增加助焊劑和/或焊錫滲透到通孔內(nèi)。通常，這個(gè)優(yōu)化增加助焊劑的使用量，代替特定類型的助焊劑化學(xué)成分，或通過(guò)更高的動(dòng)蕩或溫度來(lái)增加焊錫滲透。

　　全球范圍內(nèi)正在實(shí)施取代傳統(tǒng)波峰焊接工藝的方法。插入式回流(intrusive reflow)、選擇性焊錫噴泉(selective solder fountain)和順應(yīng)針(compliant pin)正實(shí)際上使用在所有最終表面涂層上。至今為止所完成的工作表明，選擇性焊錫噴泉的動(dòng)蕩改善了通孔(through-hole)的可熔濕性。孔中錫膏(paste-in-hole)或侵入式回流將助焊劑和助焊劑載體直接接觸PCB的表面，使得通孔的可熔濕性對(duì)所有最終表面涂層都是類似的。最后，由于可預(yù)見(jiàn)的孔的誤差，HASL的替代方法比使用順應(yīng)針(compliant pin)的HASL要強(qiáng)。在替代方法中，較厚的浸錫為插件提供最光滑的表面，為順應(yīng)針提供最寬的操作窗口。4

　　裝配工業(yè)現(xiàn)在正評(píng)估無(wú)鉛焊接替代品。雖然某些合金似乎是特別的OEM的選擇，但是，還要選擇整個(gè)工業(yè)所接受的合金。盡管如此，正在測(cè)試的所有合金都要求較高的回流溫度，并產(chǎn)生較慢的熔濕速度。錫膏供應(yīng)商已經(jīng)工程研究了專門的助焊劑化學(xué)成分，來(lái)改善這些新合金的熔濕。初始的研究表明較高的回流溫度不會(huì)影響OSP、浸銀或浸錫的可焊性或綁接強(qiáng)度。較高的熔化溫度明顯地幫助OSP的滲透和錫與銀表面熔濕，甚至是雙面回流。另外的測(cè)試正在進(jìn)行中，以評(píng)估熔濕速度的影響和優(yōu)化對(duì)最終表面涂層的特定回流參數(shù)。

    二、PCB設(shè)計(jì)

　　正如所討論的，裝配過(guò)程可以優(yōu)化，以適合所有的最終表面涂層。PCB的設(shè)計(jì)將最終決定適于各個(gè)應(yīng)用的最佳的HASL替代方法，但更專門的包裝和互連的類型：

　　像按鍵接觸(key contact)、元件屏蔽(component shielding)和插件連接器(edge connector)這樣的應(yīng)用要求在整個(gè)設(shè)備壽命內(nèi)的接觸電阻低。

　　1、柔性的電路板通常要求鋁的或不銹鋼的加強(qiáng)構(gòu)件或散熱器。

　　2、元件包裝和某些PCB要求引線接合(wire bonding)或與直接芯片附著用的導(dǎo)電性膠的兼容性。 3、PCB上的高密度互連(HDI, high-density interconnect)幾何形狀戲劇性地影響使用傳統(tǒng)無(wú)電鍍涂層的合格率。

　　4、已經(jīng)看到由于裝配在ENIG上的區(qū)域陣列包裝的綁接強(qiáng)度不夠而出現(xiàn)的現(xiàn)場(chǎng)失效(field failure)。

　　為了滿足所有這些要求，電子工業(yè)正將注意力集中在三種主要的替代方法上：OSP、浸銀和浸錫。這三種涂層的每一種都提供適合特定PCB設(shè)計(jì)要求的優(yōu)勢(shì)。

　　OSP是成本最低的替代方法，與多金屬表面兼容，提供最高的綁接強(qiáng)度。現(xiàn)在有新的配方，提供較薄的沉淀層，和原先的、消除了多金屬表面生銹的一樣牢固。由于耐磨性或電解金沉淀的可焊性，要求多金屬涂層，如用于插件連接器或金引線接合(gold wire bonding)的電解鎳/金。高成本和焊接點(diǎn)中金的易脆性要求OSP對(duì)已焊接的連接作第二次涂層。

　　雖然生產(chǎn)已證實(shí)按鍵接觸，但ENIG也可以和新的OSP工藝一起使用，如果焊接點(diǎn)的強(qiáng)度對(duì)PCB設(shè)計(jì)是關(guān)鍵的話。這個(gè)高接合強(qiáng)度使得OSP成為移動(dòng)電子和區(qū)域陣列包裝(area array package)的選擇。OSP也顯示與使用在倒裝芯片應(yīng)用中的導(dǎo)電性膠的更大的兼容性。最后，散熱器或剛性構(gòu)件大都可以在最終表面處理之前容易地應(yīng)用在板列形式。不像OSP，浸或無(wú)電鍍工藝將鍍?cè)诓讳P鋼或鋁上面，引起變色。

　　和OSP與ENIG比較，浸銀還是一個(gè)相對(duì)較新的技術(shù)�？墒�，在過(guò)去六年里，廣泛的測(cè)試和大量的生產(chǎn)已經(jīng)證實(shí)了這個(gè)工藝的可靠性5,6。焊錫的熔濕特性使得這種涂層更適合于一種現(xiàn)存的無(wú)鉛波峰焊接工藝。這種表面處理方法是大多數(shù)應(yīng)用的潛在替代方法，包括屏蔽、鋁引線接合、按鍵接觸和焊接。

　　這個(gè)涂層的接觸電阻在經(jīng)過(guò)老化或回流工序之后保持很低。初始的研究顯示，接觸電阻在與導(dǎo)電聚合物接觸300,000次后保持很低，雖然更多工作需要完成。作為一種金屬涂層，浸銀也可以在低放大或不放大的情況下檢查，使得應(yīng)用者和裝配者兩個(gè)都容易決定其存在。